前言

作為社會發展最重要的物質基礎和經濟驅動力，能源問題一直受到社會各界廣泛的關注。在現有的電力能源組成結構中，風力發電是繼火力發電和水力發電后，我國的第三大發電能源。隨著工業互聯網、工業4.0等新一輪工業革命的興起，同時為了適應科學技術的不斷發展及地理環境演變的新趨勢和新要求，智慧能源、智慧電力、智慧電網、智慧風電等新興詞匯和理念也逐步走入人們的生活當中。

建設背景

市場背景

中國風電存量市場近幾年的累計增幅較大，每年新增裝機規模不斷提升。據統計，中國風電市場累計裝機容量從2016年的168.7GW增長到2022年的395.6GW，年復合增長率為15.3%;其中，陸上風電市場累計裝機規模從2016年的167.1GW增長到2022年365.1GW，年復合增長率為13.9%;海上風電市場累計裝機規模從2016年的1.6GW增長到2022年的30.5GW，年復合增長率為63.4%。

政策背景

2022.09.《能源碳達峰碳中和標準化提升行動計劃》，加快完善風電、光伏等可再生能源標準。加快制定海上風電開發及多種能源綜合利用技術標準。

2022.12.《擴大內需戰略規劃綱要(2022 - 2035年)》，大幅提高清潔能源利用水平，建設多能互補的清潔能源基地，以沙漠、戈壁、荒漠地區為重點加快建設大型風電、光伏基地。

2023.03.《關于統籌節能降碳和回收利用加快重點領域產品設備更新改造的指導意見》，加快填補風電、光伏等領域發電效率標準和老舊設備淘汰標準空白，為新型產品設備更新改造提供技術依據。

建設目標

本設計遵循結構化、標準化、模塊化、集成化，達到風電場運維平臺各子系統之間的數據共享、互通互動。建成一套統一管理、分級控制的智慧風電場綜合管理平臺，形成功能完善、反應快速的數字化運維體系, 實現風電場安全及管理工作的現代化、智能化。

系統概述

“智慧風場”以數字化、信息化、標準化為基礎，以管控一體化、大數據、云平臺、物聯網為平臺，以數字孿生技術為輔助，以計算資源的彈性配置為保障，以異構計算(包括計算能力、計算方法和計算層次)為核心任務，高效融合計算、存儲和網絡，通過“人機網物”跨界融合，形成邊緣+云端結合的全層次開放架構，實現不同層級的智慧，追求不斷提升風電智能化水平(包括智能感知、智能運維、智能控制、智能決策)目標，完成更加友好和安全、高效、可靠的能源供應。

需求分析

三維模型場景

針對風場所覆蓋范圍，對其進行三維模型建設，還原風場三維空間環境。基于風機物理場景，對風機進行精細化三維建模，構建風機管理的數字孿生系統，包含設備狀態、設備結構、設備生產、設備故障等的實時監測。通過對風機全生命周期可視化管理，對接物理傳感器的實時數據，還原風機各個部件的關鍵數據，構建風電場機組全面的生產感知力，實現環境、電量、性能可視化。

全局信息概覽

展示運維中心及風電場總體生產運營信息，包括環境情況、實時指標、機組狀態、環境參數、發電統計、風機數量等信息進行監控展示。

智能設備管理

通過2D圖形化組態的方式，實現風場風機的圖形化管理，通過設備組態圖實時監測風機、升壓站的運行狀態，包括功率、狀態等參數。通過監控設備的運行狀態，系統可以及時發現并處理設備故障，確保風場的正常運行。

核心部件監測

在三維可視化系統中，管理人員可通過系統對設備內部結構進行實時監控，包括風機葉片、塔筒等核心部件的動態監測，并且通過系統對設備進行遠程控制、定時控制、聯動控制等多種控制操作，及時發現風電機損耗情況，及時檢測修復，保障風電場的安全運維。

· 塔筒監測

基于傳感器對機艙前后位移、塔底彎距動態監測分析，快速掌握核心部件的健康狀態。

· 葉片監測

以葉片外表噪聲、葉片外表缺陷等維度，建立數據監測、異常告警機制，智能鎖定故障位置。

安全巡檢管理

支持第三人稱視角巡檢，全方位無死角瀏覽三維場景，對場景內巡檢線路上的監控設備進行輪詢查看。同時可以實時查看設備運行狀態以及實時數據，通過交互事件，彈出相應信息方便運維人員進行巡查。

環境信息管理

依托環境監測傳感器等模塊，全天候采集風場的溫度、風向、風速等環境數據，方便實時把控風場大環境信息。

視頻監控管理

根據風電場設備分布特點布置高清監控攝像頭，在三維場景中設置視頻監控點位，以攝像頭圖標展示其位置。實現對異常目標的自動抓拍、抓攝和留存，出現異常警告時，監控點位會有聲光報警效果，支持管理者及時點擊查看實時監控影像。

智慧運維管理

依托物聯網傳感器，實時監控風電場風機、升壓站等設備的運行情況，為運營中心人員、現場維檢人員提供精準的預警、告警信息。檢修人員通過智能穿戴設備與監督人員進行實時交互。實現智慧維檢、安全管控，提高運維智能化水平。

智能預警管理

建立預警觸發機制，對風場設備、環境進行實時監控，在識別到后臺狀態數據時，將狀態以差異化的形式呈現在設備模型上，當設備狀態為異常時，系統將持續發出聲光報警，并彈出異常警報。并聯動視頻監控將鏡頭聚焦，展示報警設備詳情及位置，方便運維人員即時做出決策處理。

開發平臺

數維圖（SovitJs）應用自主研發的 Sovit2D、Sovit3D 產品，無縫融合 2D、3D 技術，搭建了一套3D 可視化智慧陸上風電場大數據管理平臺。通過數維圖可視化開發平臺實現可交互式的 Web 二三維場景，基于多維感知、場景物聯、物信融合的技術理念，不斷豐富與完善陸上風電場全面感知，實現設備設施智能巡檢、環境風險監測預警，助力集控中心生產調度，輔助決策和全局掌控。

建設價值

伴隨大數據、云計算的理念融入到風電產業的捕風能力、氣動效率、風能轉換能力等各個技術環節，通過對風機的運行、監控、管理、維護、檢修等工作進行重構，實現數據的互通互聯。風電場將真正實現智能化運維和管理。

系統交付

數字孿生智慧陸上風電場三維可視化大數據管理平臺基于B/S架構的Sovit3D三維可視化平臺開發設計，采用HTML5+JavaScript技術作為前端基礎，產品開發的二次代碼及項目源文件全部提供客戶，按需要可部署在云端，也可本地化部署。

審核編輯 黃宇